Виды нагревательных элементов в электронагревательных приборах

Электрические нагревательные элементы. Виды и устройство

Всевозможные электроприборы для нагрева широко применяются в быту почти в каждом доме. Главным компонентом подобных устройств являются электрические нагревательные элементы (ТЕН)(Спираль).

Разновидности

Выделяют всего два типа нагревателей:

1. Открытые электрические нагревательные элементы:
К нагревателям открытого типа относятся спирали. Спиральные нагревательные элементы отдают тепло за счёт конвекции и излучения. Они в основном подвешиваются на кронштейне из электрически изоляционного материала. Ещё есть спирали, положенные в изоляционных канавках.
2. Закрытые электрические нагревательные элементы:
герметичные. К герметичным нагревателям относятся трубчатые нагревательные элементы. Электрические нагревательные элементы работают на основе конвекции, излучения и теплопроводности, преобразовывая электроэнергию в тепловую энергию;
негерметичные. Это спирали и ленты в защитной оболочке, выполненной из электроизоляционного материала. В качестве защиты могут применяться чешуйчатые бусы из керамики, надевающиеся прямо на спираль.

Особенности нагревательных спиралей

Для изготовления нагревательных спиралей применяют нихром или фехраль. Некоторые фирмы выпускают спирали из еврофехрали. Разные производители выпускают нагревательные элементы в зигзагообразной или круглой форме. Встречаются спирали, оборудованные по концам резьбовыми шпильками (винтами).

Свойства нихромовых спиралей:
  • Сохраняют пластичность после остывания.
  • Большое удельное сопротивление.
  • Не накаляются при нагревании.
  • Не потребляют кислород.
  • Превосходные механические свойства.
  • Сберегают свойства при длительной эксплуатации.

Нихромовые спирали с керамической основой можно неоднократно снимать, при необходимости поправлять и изменять их форму, подгоняя под нужные размеры. Эксплуатируют подобные нагреватели в быту, промышленности и прочих приборах.

Свойства фехралевых спиралей:
  • Высочайшая жароустойчивость.
  • Значительное удельное сопротивление.
  • Стойкость к воздействиям агрессивной среды.
  • Отсутствие окалины.
  • Механическая устойчивость.
  • Прочность на изгиб.
  • Большой срок службы.

Применяются эти спирали в электропечах почти во всех отраслях промышленности и в других электроприборах (калориферах, электроплитках). Эти нагревательные элементы имеют меньшую плотность, служат дольше и стоят дешевле от нихромовых спиралей.

Свойства фехралевых и спиралей из прочих многокомпонентных сплавов:
  • Высокое удельное сопротивление.
  • Однородность структуры.
  • Превосходная стойкость к воздействию разной среды (вакууму, воздуху, аргону и т.п.).
  • Высокая пластичность.
  • Хороший предел ползучести.
  • Большой срок эксплуатации.

Подобные спирали служат дольше, имеют меньшую плотность, большую пластичность и лучшее качество поверхности от нихромовых и фехралевых. Они считаются более надёжными и выносливыми, поэтому используются в приборах, предназначенных для работы при высоких температурах (1200Со).

Преимущества и недостатки спиралей
Преимущества нагревателей открытого типа:
  • Простая конструкция.
  • Быстрый нагрев.
  • Лёгкость в ремонте.
  • Невысокая стоимость.
Недостатки:
  • Низкая электробезопасность.
  • Риск замыканий витков спирали.
  • Вероятность появления механических повреждений.

Ещё существуют спирали закрытого типа, они помещены в металлической оболочке, пространство которой заполнено порошком в качестве изоляции. Эти элементы разогреваются намного дольше, но они надёжнее и безопаснее в эксплуатации, самое распространённое применение таких элементов это электрические конфорки, для электрических плит.

Особенности ТЭНов: конструкция и принцип работы

ТЭНы (трубчатые электрические нагревательные элементы) представляют трубку, внутри которой посередине расположена токопроводящая нить или спираль. Трубка обычно изготовлена из металла, но есть приборы со стеклянной или керамической трубкой. ТЭНы с металлическими трубками предназначены для нагрева практически не агрессивных сред.

Стекло применяют для ТЭНов в промышленных установках, т.е. для химически сильноагрессивных сред. Керамические или из других благородных металлов трубки встречаются очень редко, изготавливаются они для особых случаев. Трубки бывают разного диаметра от 6 мм до 24 мм.

Нить из термоэлектрического сплава, может быть нихромовая или фехралевая. Эта деталь, хорошо запрессованная в сердцевине, имеет отменное сопротивление, поэтому сильно разогревается при прохождении электротока, но не плавиться.

Спираль (нить) исполняет роль нагревателя. Пространство между ней и трубкой наполнено теплоизолятором с хорошей теплопроводностью. В качестве него используют перикласт (кристаллическую окись магния MgO). MgO согласно ГОСТ 13236–83, обладает высокими диэлектрическими свойствами и стойкостью к высоким температурам. Изоляционный слой предотвращает контакт диэлектрика с трубкой и передаёт максимально эффективно тепловую энергию на поверхность.

Перед тем, как попасть в окружающую среду, тепловая энергия сначала проходит через диэлектрик, а потом через нержавеющие стенки трубки, нагревая воду или воздух.

Трубчатые электрические нагревательные элементы могут работать в следующих рабочих условиях:

  • Жидких.
  • Твёрдых.
  • Газообразных.

ТЭН оснащён группой контактных устройств, предназначенных для его включения. В качестве контактов обычно применяют проводящие клеммы, которые располагают на изолирующих вставках.

Основные детали ТЭНа:
  • Трубка.
  • Нагревательный элемент — спираль или нить.
  • Наполнитель.
  • Изолирующий слой.
  • Контактные устройства.

Подобная конструкция способна выдерживать длительную штатную нагрузку. При этом скачки напряжения кратковременные перегрузки сильно не влияют на работу нагревательного элемента. Некоторые группы ТЭНов оборудуются дополнительными деталями, к примеру, термопредохранителями или магниевыми анодными стержнями для продления срока работы.

Отличия нагревателей касаются не только материала исполнения, но также конструкции и их назначения. ТЭНы бывают разной длины и диаметра, выполняются из стали или титана, а также имеют разные электротехнические параметры.

Виды ТЭНов
  • Оребрённые ТЭНы (ТЭНР) . Эти нагреватели предназначены для нагрева воздуха, поэтому их называют воздушными. Материалом их выполнения является нержавеющая и конструкционная сталь. ТЭНР оребряют лентой, а также наборными шайбами.

  • ТЭНы патронного типа (ТЭНП) . Используются для нагревания пресс-форм, поэтому эксплуатируются в промышленных установках. Изготовлены из шлифованной нержавеющей трубы, имеют контактные выводы на одной стороне. Некоторые ТЭНП оснащены термоэлектрическим преобразователем. Иногда их применяют для нагревания газовых и жидких сред.
  • Блок электронагревателей (ТЭНБ) . Блоки обеспечивают повышенной мощностью обогрев сыпучих и жидких веществ, поэтому их часто называют водяными ТЭНБ. Производятся из разного материала и различной мощности. Крепления фланцев бывают резьбовыми и болтовыми.

  • ТЭНы с терморегулятором . Эти электроустройства применяют для нагрева воды в любой ёмкости подходящего объёма с возможностью поддержания конкретно заданной температуры (электрокотлы и пр. оборудование).

  • Кольцевые электрические нагревательные элементы (КНП) . Эти устройства необходимы для обогрева литниковых втулок, прожекторов и т.п. Для производства оболочки используется нержавеющая сталь. КНП могут поставляться с оборудованной термопарой.

Маркировка ТЭНов

Пример; ТЭН 100 А 13 О 220 Ф2 R30 G1/2

Обозначения позиций в маркировке:

1- Трубчатый электронагреватель.
2- Развёрнутая длина 100 мм.
3- Длина контактного стержня А=40 мм,
(А=40, В= 65, С=100, D=125, E=160, F=250 (мм)).
4- Диаметр 13 мм, бывают следующие диаметры: 6,25; 8; 10; 13; 16; 22.
5- Потребительская мощность.
6- Устройство предназначено для обогрева подвижного воздуха (О).

Обозначение нагреваемой среды:

P— Вода, оболочка из черной стали.
J — Вода, оболочка из нержавейки.
S— Неподвижный воздух, оболочка из черной стали.
T— Неподвижный воздух, оболочка из нержавейки.
O— Движущийся воздух, оболочка из черной стали.
K— Движущийся воздух, из нержавеющей стали оболочка.
Z— Масло.
L— Литейные формы.
7— Номинальное напряжение равно 220В.
8— Форма ТЭНа Ф2 (формы см. на рис.1).
9— Радиус гибки равен 30 мм.
10— Наличие резьбовых штуцеров G1/2.

Преимущества и недостатки ТЭНов

ТЭНы эксплуатируются в промышленных печах и почти в любой обогревательной технике. Водонагреватели, переносные радиаторы отопления, стиральные машинки и прочие приборы, в функциях которых есть нагрев, работают на основе ТЭНов.

Преимущества ТЭНов следующие:
  • Универсальность и безопасность.
  • Надёжность работы.
  • Можно использовать в установках инфракрасного нагрева.
  • Можно помещать в любую жидкость.
  • Могут работать при различных ударных нагрузках.
  • Надёжная герметизация спиралей.
  • Разнообразие форм.
Трубчатые электрические нагревательные элементы обладают высокой стабильностью и прочностью, поэтому имеют длительный срок службы, но у них всё же есть и недостатки:
  • Высокая металлоемкость.
  • ТЭН с перегоревшей спиралью невозможно отремонтировать.

Эти устройства имеют более высокую стоимость от обычных открытых нагревательных спиралей. Но при эксплуатации подобных приборов лучше выбирать более безопасные варианты, не смотря на цену.

Виды электронагревательных приборов

Наиболее используемыми источниками тепла для теплоснабжения домов являются электричество, газ, уголь или дрова. Несмотря на техническую доступность каждого из них, применение того или иного обусловлено некоторыми факторами, такими как: экономическая целесообразность, место и периодичность использования, безопасность. В наше время первые два вида энергии из перечисленных пользуются наибольшей популярностью. Рассмотрим аспекты использования электроэнергии, а также виды электронагревательных приборов.

Преимущества и недостатки использования электроэнергии для целей отопления

Сразу нужно отметить, что использование электрических нагревательных приборов для отопления – не самый дешевый вариант, так как стоимость самого оборудования, а также издержки при эксплуатации слишком высоки. Поэтому его чаще всего рассматривают в качестве альтернативного, на случай перебоев с подачей газа или, если газификации вообще нет. В то же время, отопление дома с помощью электроприборов имеет и некоторые очевидные достоинства:

  • Практически повсеместная доступность.
  • Очень быстрый и простой монтаж.
  • Удобное управление.
  • Компактное устройство приборов.
  • Полное отсутствие каких-либо продуктов сгорания.

Таким образом, при всех своих недостатках, связанных, главным образом, с экономической составляющей вопроса, электроприборы обладают массой полезных качеств, которыми не могут похвастаться отопительные устройства, основанные на сжигании топлива.

По каким принципам осуществляется классификация электронагревательных приборов

Все современные электрические отопительные устройства классифицируются следующим образом.

По способу монтажа прибора:

  • Переносные или мобильные, к которым можно отнести масляные радиаторы и различные конвекторы.
  • Установленные на одном месте или стационарные, включающие в себя бойлеры, кондиционеры, электрические котлы и камины, инфракрасные нагреватели.

По виду теплоносителя, который нагревается в приборе:

  • Воздушные – обогрев окружающего пространства осуществляется посредствам прогревания воздуха. К ним можно отнести конвекторы, радиаторы, электрокамины и многие другие устройства.
  • Жидкостные – теплоносителем в них служит какая-либо жидкость, имеющая хорошую теплоемкость: вода, масло, антифриз. Наиболее известными приборами с таким принципом работы являются электрокотлы и бойлеры.
  • Твердотельные или излучательные – тепло в этих устройствах передается от источника на какую-нибудь твердую поверхность, которая затем нагревает воздух в окружающем помещении. К ним относятся лучистые и инфракрасные нагреватели.

По типу нагревательного элемента (ТЭНа):

  • Стандартные трубчатые элементы с успехом используют во многих видах отопительных приборов, которые работают на электроэнергии. Они могут иметь очень широкий диапазон технических характеристик, как по производительности, так и по мощности. Производят их из стали и титана.

  • Оребренные трубчатые – похожи на предыдущие, но имеют ребристую поверхность, повышающую теплоотдачу. Они используются только в приборах, где теплоносителем является газовая среда (тепловые завесы и конвекторы). Делают такие элементы из нержавеющей или конструкционной стали.

  • Блочные электронагреватели представляют собой несколько ТЭНов, соединенных в один конструктивный узел. Такие устройства устанавливают в приборы, где существует возможность регулировки мощности. Теплоносителями в них может выступать жидкость или сыпучие твердые вещества.

  • Оборудованные терморегулятором – являются самым распространенным видом бытовых электронагревателей для отопления, имеющего жидкостный теплоноситель. Их делают из меди, стали, или никеле-хромового сплава.
Читайте также  Теплоотвод для светодиодов

Все рассмотренные нагревательные элементы являются только главными деталями устройств, об особенностях которых читайте далее.

Воздушные конвекторы

Эти приборы выполняют в виде компактных переносных устройств, снабженных ножками или колесиками для установки на полу или стене. Рабочим элементом в них выступают оребренные ТЭНы, закрытые декоративным металлическим корпусом с прорезями для циркуляции воздуха. Их используют в квартирах или частных домах, главным образом, как дополнительные источники тепла.

Принцип действия таких приборов основывается на том, что холодный воздух, свободно или принудительно поступает в прибор и проходит через все нагревательные элементы (ТЭНы). Затем он, как и положено нагретым газам, поднимается вверх и проходит через специальную решетку. Конвекторы могут оборудоваться встроенными вентиляторами для принудительной циркуляции воздуха. Данные приборы не имеют никаких ограничений для применения.

Радиаторы с масляным теплоносителем

Внешний вид и принцип действия таких приборов полностью аналогичен обыкновенным батареям отопления. Только они заполнены минеральным маслом, а нагревают его электрические ТЭНы, установленные непосредственно внутри внутренней полости прибора. Их с успехом используют в офисах и жилых помещениях. Бывают масляные радиаторы открытыми и закрытыми. Ребра последних защищены металлическим кожухом. Основное преимущество этих приборов в том, что они не выжигают кислород в помещении и не нагреваются до температур, опасных для маленьких детей. Особенно последнее свойство касается закрытых радиаторов.

Кондиционеры

Мы привыкли связывать эти приборы с необходимостью охлаждать воздух в помещении в жару. Однако, они способны производить и тепло, осуществляя, так называемый обратный цикл. Большинство моделей нельзя использовать при температуре наружного воздуха ниже – 10 0 С. Кондиционеры, называемые инверторами, способны нагревать помещение даже при температуре – 20 0 С. Однако они имеют гораздо большую стоимость.

Электрокамины

Эти электронагреватели обладают великолепным дизайном, поэтому могут использоваться не только как обогреватели, но и в качестве декоративного элемента. Эти устройства можно встретить в элитных квартирах или загородных домах ввиду их непомерно высокой стоимости.

Современные электрокамины делают напольными, имитирующими классические дровяные варианты и настенными, которые выглядят как тонкие панели, навешиваемые на стену. Принцип действия каминов схож с тем, которым обладают конвекторы.

Электрические котлы

В отличие от предыдущих приборов, эти устройства используются для создания постоянной системы отопления в доме. Используются совместно с жидкостным теплоносителем, циркулирующим по замкнутому контуру, обвязывающему все помещения в доме.

По виду основного нагревательного элемента электрокотлы делятся на:

  • ТЭНовые – работают с любыми видами жидкости и имеют самую простую конструкцию. Они позволяют плавно изменять мощность, ступенчато изменять интенсивность нагрева за счет включения разного количества устройств.
  • Электродные, которые обладают компактными размерами и применяются исключительно для водяных систем. При этом теплоноситель должен строго соответствовать требованиям ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая». Это обстоятельство сильно влияет на стоимость оборудования. Тепловая энергия возникает по принципу электролитической диссоциации, благодаря которой на электродах возникает разность потенциала из-за растворенных солей. Это прекрасно нагревает воду. Такое устройство намного экономичнее предыдущего.
  • Индукционные котлы являются наиболее инновационными и дорогими устройствами. Они очень надежны и долговечны. Нагревать такие котлы могут любой теплоноситель за счет принципа электромагнитной индукции. Такое устройство потребляет максимальное количество электроэнергии, но зато просто в монтаже, не требует наличия отдельного помещения и обладает максимальным КПД при самых маленьких размерах.

Все электрокотлы должны быть обязательно заземлены очень надежно.

Инфракрасные электронагреватели

Это самый современный вид электрических устройств, предназначенных для обогрева помещений. Его работа основана на излучении электромагнитных волн инфракрасного спектра. При этом тепловая энергия передается от прибора тем предметам, которые расположены рядом. Отраженная от них лучистая энергия достаточно эффективно нагревает воздух в помещении. Это, наверное, самый экономичный тип электронагревательных приборов. Кроме того, такие устройства не пересушивают воздух. Некоторые из них имеют очень красивое декоративное оформление.

Несмотря на высокую стоимость электроэнергии, популярность электрических отопительных приборов не снижается. Это связано с их удобством и, во многих случаях, с мобильностью, что недоступно для газового оборудования.

Электрические нагревательные приборы

Конспект по физике для 8 класса «Электрические нагревательные приборы». Как устроена лампа накаливания. Что такое короткое замыкание. Для чего применяются предохранители.

Электрические нагревательные приборы

Тепловое действие тока широко используют в различных электронагревательных приборах и устройствах. Например, такими приборами являются электрические плиты, разного рода обогреватели, фены для сушки волос, утюги, электрочайники и т. д.

НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Основной частью любого электронагревательного прибора является нагревательный элемент. Обычно он представляет собой спираль из материала с большим удельным сопротивлением, который способен выдерживать нагревание до высокой температуры.

Чаще всего для изготовления электронагревательного элемента используют нихром — сплав никеля, железа, хрома и марганца.

ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ

Обычные лампы накаливания превращают в световую энергию менее 10 % потребляемой электроэнергии, а остальные 90 % превращают в теплоту. Поэтому такие лампы тоже можно считать электронагревательным приборами.

Впервые лампа накаливания была изобретена русским электротехником А. Н. Лодыгиным. Основным её элементом был тонкий угольный стержень, который помещался в сосуд с выкачанным воздухом. Срок службы первых ламп был небольшим — всего 30—40 мин.

Американский изобретатель Т. А. Эдисон продолжил исследования Лодыгина, подбирая более совершенный материал для элемента накаливания. При этом он предложил очень удобную вставку для лампы (эдисоновский патрон), а также сконструировал выключатель, с помощью которого можно было включать и выключать свет.

Позднее Лодыгин предложил вместо угольной нити использовать вольфрамовую, которая и сейчас используется в современных лампах накаливания.

Спираль с помощью специальных держателей укрепляется внутри стеклянного баллона, наполненного инертным газом, чтобы вольфрам не испарялся и спираль быстро не перегорала. Концы спирали приварены к двум проволокам, которые прикреплены к металлическим частям цоколя. Для включения лампы в сеть её ввинчивают в патрон. Он представляет собой пластмассовый корпус, в котором имеется металлическая гильза с резьбой. К ней присоединён один из проводов сети. Патрон контактирует с цоколем. Второй провод от сети присоединён к контакту, который касается основания цоколя лампы. На каждой лампе указывают мощность и напряжение, на которые она рассчитана.

Хорошо всем знакомый утюг был изобретён очень давно. С появлением электричества и развитием техники появились электрические утюги.

Первоначально в качестве нагревательного элемента служила нихромовая спираль, вставленная внутрь «гирлянды» фарфоровых изоляторов. Позднее стали использовать узкую нихромовую ленту, намотанную на пластинку из жаропрочного материала — слюды или керамики.

В современных утюгах применяют проволочные спирали, заключённые внутрь металлических трубок. Их заполняют специальным электроизоляционным материалом, который препятствует соприкосновению витков спирали друг с другом и, главное, с металлическими стенками трубки.

КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ

Провода, соединяющие потребителей тока с источниками электрической энергии, например квартирная проводка, всегда рассчитаны на определённый максимальный ток. По разным причинам сила тока может превысить допустимое значение, что приведёт к перегреву проводов и воспламенению их изоляции.

Одной из причин нарушения нормальной работы электрической сети может быть так называемое короткое замыкание проводов, при котором концы участка цепи соединяются проводником, сопротивление которого мало по сравнению с сопротивлением этого участка цепи. Такое замыкание возникает, в частности, из-за повреждения изоляции проводов.

ПРЕДОХРАНИТЕЛИ

Чтобы избежать последствий короткого замыкания, в сеть включают предохранители. Их назначение — автоматическое отключение электрической цепи, когда в ней начинает идти ток больше допустимой нормы.

Электрическая проводка в жилых зданиях рассчитана, как правило, на силу тока 6 А или 10 А. Главной частью предохранителей, используемых для её защиты, является проволока из легкоплавкого материала (например, из свинца).

Проволока находится внутри фарфоровой пробки, которая имеет винтовую нарезку и центральный контакт. Нарезка соединена с центральным контактом этой проволокой. Пробку ввинчивают в патрон, находящийся внутри фарфоровой коробки.

Свинцовая проволока представляет, таким образом, часть общей цепи. Толщина свинцовых проволок рассчитана так, что они выдерживают определённую силу тока.

Если сила тока превысит допустимое значение, то свинцовая проволока расплавится и цепь окажется разомкнутой. Предохранители с плавящимся проводником называют плавкими предохранителями.

Помимо плавких предохранителей, в последнее время в быту широкое распространение получили автоматические предохранители, в основу работы которых положено тепловое и/или магнитное действие тока. Если сила тока превысит допустимое значение, автоматический предохранитель разорвёт цепь.

В отличие от плавкого предохранителя автоматический готов к дальнейшему использованию после устранения неисправностей в сети.

Томас Альва Эдисон (1847—1931) — американский физик и изобретатель в области электротехники.

Александр Николаевич Лодыгин (1847—1923) — русский электротехник, создатель лампы накаливания.

Вы смотрели Конспект по физике для 8 класса «Электрические нагревательные приборы».

Виды нагревательных элементов по форме и типу

Промышленные электронагреватели применяются для теплового воздействия на узлы агломераторов, ТПА и других установок, направленных на переработку заготовок и выпуск готовой продукции из термопластов. Электронагревательные устройства также широко используются для нагрева литьевых форм, цилиндрических поверхностей, труб и сопел.

Типы нагревателей и возможные формы их изготовления

В основном электронагреватели разделяют на две большие группы, которые в свою очередь классифицируются по типу устройства. Типовые нагревательные приборы имеют еще несколько подгрупп разделенных максимально возможной температурной выработкой, режимами работы, формой и материалов входящих в конструкцию.

Различия нагревателей по методу сборки и форме

Плоские электронагреватели — благодаря особенностям конструкции полностью повторяют форму участка, на который их устанавливают. Обычно используются для обогрева элементов литейного оборудования, пресс-форм, трубопроводов и клеевых агрегатов. За счет наличия резистивного элемента во время работы нагревателя электрическая энергия переходит в тепловую, и передается от нагревателя поверхностям, на которых он плотно усажен. Нагрев производится контактным способом. В качестве изоляционного материала может быть применен миканит или керамика. Корпус зависимо от требований к нагревательному прибору может изготавливаться из нержавеющего металла, алюминия или слюдопласта.

Значения температурной подачи напрямую зависят от конструктивного решения нагревателя и могут составлять в максимальном порядке 350 °C — 500 °C. Участок оборудования, на котором расположен плоский элемент нагрева, прогревается равномерно и с достаточной скоростью. Фиксация плоского ТЭНа происходит за счет прижимных пластин. Устройство также может крепиться сразу через предварительно выполненные отверстия. Для контроля работы нагревателя могут быть установлены температурные датчики и внешние регуляторы. В условиях соблюдения правил эксплуатации срок службы плоского ТЭНа составляет 8000 часов.

Плоские нагреватели могут выполняться в П- и Г-образной форме.

Кольцевые нагреватели — предназначаются для теплового воздействия на цилиндрические зоны промышленных установок. Элементом нагрева является резистивная проволока. Устройство предназначается для контактного функционирования. В случае неплотного прилегания нагревателя к цилиндру необходимо использовать высокотемпературную пасту, нанося ее на монтажную поверхность. В качестве креплений могут применяться стяжки или специальные «ушки».

Читайте также  Как рассчитать мощность шуруповерта в ваттах?

Кольцевые ТЭНы зависимо от материалов конструкции подают максимальную температуру 350 °C — 500 °C. Размеры и диаметр устройства произвольные, и зависят от места монтажа. Кольцевой ТЭН может изготавливаться с дополнительной вырезкой пазов и отверстий под датчики и крепежные элементы. Токопроводящие выводы определяются заказчиком. Кольцевые элементы нагрева характеризуются цилиндрической формой и могут иметь миканитовый изолятор или керамический изолятор. Корпус изготавливается из нержавеющего металла, керамики, оцинкованной стали или алюминия. При необходимости могут быть предоставлены варианты хомутовых нагревателей с внешним нагревом или охлаждением. Конструкция зависимо от требований и материала изготовления бывает круглой (цельной) или смыкаться из двух частей по типу хомута.

Сопловые хомутовые нагреватели — устанавливаются на сопла промышленного оборудования и предназначаются для нагрева ограниченных поверхностей. Максимальная выработка температуры 500 °C. Обладают высокой степенью защиты и изоляции.

Ленточные нагреватели — используются для обогрева поверхностей плоского и цилиндрического типа. Благодаря своей гибкости могут с легкость принимать форму нагреваемой поверхности. Чаще всего применяются в случаях, когда хомутовые или плоские элементы нагрева установить невозможно.

Индукционные нагреватели:

В основном цилиндрические.

Разница между резистивными и индукционными нагревателями

Нагреватели, в конструкцию которых входит резистивный элемент в основном применяются при обработке термопластов. Основой таких устройств нагрева является резистивная проволока и изолятор. При подключении такого устройства к сети по проволоке проходит ток и преобразовывается в тепловую энергию. Изолятор в свою очередь выполняет функцию диэлектрика и защищает прибор от пробивания тока, передавая на поверхность только тепло.

Индукционные устройства нагрева обладают более сложным принципом действия. Работа такого прибора основана на воздействии электромагнитного излучения на объект нагрева. Нагреватели индукционного типа могут иметь различную форму, и в основе их конструкции лежит проволока, индуцирующая излучения внутри цилиндрического контура изготовленного из углеграфита или его аналогов.

Различия форм

Нагреватели разной формы предназначаются для решения определенных задач, и их выполнение зависит от формы самого объекта нагрева. Индукционные нагреватели изготавливаются в цилиндрической форме исходя из природы электромагнитного излучения, такая вариация выполнения является самой оптимальной. У резистивных же элементов нагрева форма волны не несет значительного влияния из-за того, что нагрев производится непосредственно резистивной проволокой и тепло подается на материал изоляции и корпус.

Обычные и высокотемпературные нагреватели

Зависимо от подающейся мощности, формы и материала оболочки нагревательные устройства способны обеспечить эффективную температурную подачу до 3000 °C. Миканитовые приборы подают температуру в максимальном порядке до 400°C. Резистивный элемент нагрева с металлическим корпусом вырабатывают температуры на 100-200°C больше. Электронагреватели с керамической оболочкой могут производить нагрев до 1000°C. В случаях, когда необходим высокотемпературный нагрев, используются устройства с углефитовой оболочкой. В промышленности обычно используются элементы нагрева с керамической, миканитовой или стальной оболочкой. В условиях высокотемпературного нагрева до 3000 °C чаще всего применяют приборы индукционного типа. Они являются более надежными при эксплуатации в условиях чрезвычайно высоких температур, но требуют больших затрат.

Заказать электронагреватели с резистивным элементом, и высокими показателями качества можно обратившись к специалистам компании «ТЭН24». Мы изготавливаем все типы резистивных элементов нагрева в любой форме. Параметры нагревателя просчитываются с высокой точностью и полностью соответствуют требованиям к нагреву и месту монтажа. Доставка производится по всем регионам Украины.

Виды нагревательных элементов в электронагревательных приборах

6.3. Электронагревательные элементы, их устройство и применение

Электронагревательные элементы (электронагреватели) могут быть отнесены к преобразователям электрической энергии. Они могут непосредственно преобразовывать электрическую энергию в тепловую и в электромагнитную, при этом взаимодействие с объектом нагрева приводит к образованию тепловой энергии. Электронагреватели (рис. 6.1) можно подразделить на:

— преобразователи электрической энергии непосредственно в тепловую;

— преобразователи электрической энергии в электромагнитную с промежуточным нагревом (ИК-генераторы);

— преобразователи электрической энергии в электромагнитные волны (СВЧ-генераторы, индукторы).

Электронагреватели по виду сопротивления могут быть подразделены на жидкостные и металлические. Жидкостные электронагреватели используют в электродных пищеварочных котлах, в которых жидкая среда — электролит. Ток подводится к погруженным в жидкую среду стальным или медным пластинам (электродам), при этом жидкая среда нагревается. Мощность этой группы электронагревателей зависит от удельного сопротивления электролита, площади омываемых им пластин и расстояния между ними.

Преимуществами жидкостных электронагревателей являются: простота устройства, длительный срок службы электродов, отсутствие опасности перегорания электродов при понижении уровня электролита (в этих случаях просто понижается мощность нагревателя), относительная простота регулирования теплового режима работы аппарата путем изменения уровня жидкости.

Недостаток этой группы электронагревателей — изменение сопротивления электролита в зависимости от его концентрации, при этом, естественно, изменяется и мощность нагревателя, что создает большие неудобства при эксплуатации соответствующих аппаратов.

Электронагреватели с металлическим сопротивлением по конструктивному оформлению подразделяются на: открытые, закрытые (с доступом воздуха) и герметически закрытые (без доступа воздуха).

Открытые электронагревательные элементы представляют собой нихромовые спирали, подвешенные на фарфоровых изоляторах, помещенные в бусы или уложенные в канавки керамических плиток. Передача теплоты от них к нагреваемой среде или посуде происходит главным образом излучением, поэтому их называют излучающими или открытого накала.

Закрытые электронагревательные элементы состоят из нагревательных спиралей, помещенных в защитную оболочку, которая предохраняет их от механических повреждений, но не преграждает к ним доступ воздуха. Нагревательные спирали наматываются на основание, выполненное из электроизоляционного жаростойкого материала, или запрессовываются в электроизоляционную массу (шамот с глиной, окись магния, периклаз и др.) и помещаются в прочный корпус соответствующей формы либо в пазы основания аппарата для нагрева рабочих поверхностей.

Примером применения нагревателей закрытого типа могут служить конфорки электроплит (рис. 6.2). Корпус конфорки отливается из чугуна и имеет пазы — канавки и ребра. В пазы запрессовываются нагревательные спирали из нихромовой проволоки с электроизоляционной массой (периклазом).

Для уменьшения потерь теплоты нижняя сторона конфорки закрыта стальным кожухом с воздушной прослойкой и тепловой изоляцией, расположенной на дне кожуха. Благодаря тепловой изоляции температура на наружной поверхности дна кожуха не превышает 120-140 °С. Включение конфорки в электросеть осуществляется через кабель.

Герметически закрытые трубчатые электронагреватели или, как их сокращенно называют, ТЭНы, получили наиболее широкое применение в тепловых аппаратах. По сравнению с другими нагревателями они отличаются компактностью, механической прочностью, удобством монтажа и эксплуатации.

ТЭНы представляют собой трубку (оболочку) с наружным диаметром 13,5 мм, изготовленную из углеродистой стали с защитным гальваническим покрытием или из нержавеющей стали, внутри которой помещена нагревательная спираль, выполненная из нихромовой проволоки марки Х15Н60 диаметром от 0,3 до 1,0 мм. В пространство между оболочкой и витками спирали запрессован периклаз или кварцевый песок, которые служат изоляцией, и, обладая хорошей теплопроводностью, обеспечивают небольшой перепад температур между спиралью и поверхностью трубки.

Спирали присоединяются (опрессовываются) к стальным контактным стержням, свободные концы которых выводятся наружу, и при помощи контактных гаек, шайб и кабеля подключаются к сети. Изоляция стержней обеспечивается фарфоровыми изоляторами, закрепленными на специальном жаростойком лаке (герметике), что предохраняет трубку от попадания в нее воздуха или влаги. Развернутая общая длина ТЭНа состоит из длины активной (греющей) части и пассивной, в которой размещаются контактные стержни.

В зависимости от условий теплообмена между поверхностью ТЭНа и окружающей средой их выпускают для тепловых аппаратов торговых объектов общественного питания в следующих исполнениях:

— воздушные — применяемые в жарочных и тепловых шкафах для подогрева неподвижного воздуха до температуры 350 °С и аппаратах с принудительной циркуляцией воздуха;

— водяные — для подогрева воды и водных растворов до температуры кипения в мармитах с водяной ванной, паровароч-ных и других аппаратах;

— масляные — для нагревания масла и пищевых жиров до температуры 200 °С в жаровнях и фритюрницах. Выпускают также ТЭНы для заливки в металлические отливки (конфорки, утюги, вафельницы).ТЭНы изготавливаются различной конфигурации с развернутой длиной трубки от 430 до 2467 мм и номинальной мощностью: воздушные — от 0,2 до 1,125 кВт; водяные — от 0,3 до 5 кВт; масляные:— от 0,3 до 0,8 кВт.

Трубчатый электронагреватель должен использоваться только в той среде, для которой он предназначен. При монтаже нагреватели не должны соприкасаться один с другим. Монтаж электронагревателей, работающих в жидкой среде, производится таким образом, чтобы активная часть нагревателя полностью находилась в жидкости.

Нагреватели подключают к сети через индивидуальные плавкие вставки, что позволяет легко устранять выход из строя любого ТЭНа, помещенного в аппарат. Для регулирования мощности аппарата электронагревательное устройство составляют из отдельных нагревателей, которые могут включаться в электросеть различными способами: параллельно, последовательно и др.

ТЭНы могут устанавливаться в электротепловых аппаратах блоками, состоящими из нескольких штук, а также заливаться в цветные и черные металлы и чугун, образуя нагревательные панели и конфорки. Температура нагрева поверхности трубки электронагревателя зависит от удельной мощности и нагреваемой среды.

В зарубежной практике ТЭНы изготавливаются с двумя спиралями, запрессованными в трубку, один конец которой наглухо заделан, другой имеет выход для обоих контактных стержней. Сечение трубок бывает: овально-сплюснутое, плоскотреугольное.

Источники инфракрасного излучения, ИК-генераторы можно подразделить на «светлые» и «темные» в зависимости от длины волны максимального излучения (кшх) и, следовательно, от температуры нагрева генератора. «Светлые» — такие генераторы, в спектре которых имеется видимая часть (светового) излучения (к = 0,4-0,8 мкм), а Хгаах = 0,77-2,66 мкм. К ним относятся кварцевые ИК-излучатели с йодным наполнителем КИ и КИО (буква «О» означает, что излучатели имеют отогнутые концы, выводимые за пределы рабочей камеры аппарата и охлаждаемые воздухом), зеркальные сушильные лампы, силитовые электронагреватели (СЭНы).

«Темные» — такие излучатели, в спектре которых отсутствует видимое излучение, а Х,тах = 2,6—4,3 мкм, что приблизительно соответствует температуре 670—1020 К. К этому типу генераторов относятся трубчатые электронагреватели (ТЭНы), конфорки, жароч-ные поверхности плит и сковород, стенки шкафов.

К источникам ИК-излучения относятся (см. рис. 6.3): силитовые генераторы, трубчатые кварцевые генераторы, зеркальные лампы, трубчатые электрические нагреватели (ТЭНы), открытые металлические моноспирали и панельные излучатели.

Силитовые или карбидкремниевые электронагреватели (СЭНы) изготовляют на базе силита, т.е. смеси карборунда, свободного кремния и глицерина. Характеризуются сильной устойчивостью при высоких температурах работы, а также падением мощности вместе с увеличением температуры. СЭНы имеют ряд достоинств: малый инерционный период (30 с); нагрев до высокой температуры; длительный срок службы, простота изготовления и обслуживания: сравнительно низкая стоимость.

Изготавливают СЭНы в форме цилиндрического стержня постоянного или переменного сечения. СЭНы постоянного сечения изготовляют из крупнозернистого карбида кремния, переменного сечения — из мелкозернистого. Концы нагревателей покрывают окисью кремния с алюминием для понижения электрического сопротивления и обеспечения надежного контакта между стержнем и токопроводом.

Читайте также  Как пользоваться прибором для измерения давления?

Недостатками СЭНов являются окисление материала в среде водяного пара и снижение срока службы вследствие этого на 25-30%. Кроме того, повышение допустимой рабочей температуры силитового излучателя приводит к разложению карбида кремния и увеличению электрического сопротивления нагревателя. Для увеличения срока службы СЭНов их помещают в трубки из кварцевого стекла.

Керамические электронагреватели состоят из спирали и керамической трубки. Спираль может располагаться как внутри, так и снаружи керамической трубки и содержать один или два металла (биспираль, например хромоникелевая). Спектр излучения керамического электронагревателя со спиралью на трубке, естественно, складывается из спектров излучения трубки и спирали.

Трубчатые кварцевые электронагреватели с вольфрамовой спиралью обладают повышенной мощностью, излучение сконцентрировано в трубке малого объема. Трубка вакуумируется и заполняется аргоном до давления 80 кПа с добавкой паров йода в количестве 1-2 мг. Это обеспечивает удаление налета вольфрама с внутренней поверхности трубки.

Трубчатые кварцевые электронагреватели с вольфрамовой спиралью обладают высокой плотностью теплового лучистого потока q = (0,6-1,0)х105 Вт/см2 и практически безынерционны (выход на рабочий режим длится несколько десятых долей секунды). Вольфрамовая нить нагревается до высокой температуры (2400-2800 К).

Генераторы типа КИО отличаются от генераторов типа КИ своими отогнутыми концами, которые выводятся за пределы рабочей камеры аппарата, т.е. зоны действия высокой температуры и охлаждаются воздухом. Это предохраняет молибденовые выводы от окисления, а трубку — от растрескивания. Продолжительность работы кварцевых генераторов с вольфрамовой нитью в зависимости от их типа колеблется от 2000 до 5000 ч.

Трубчатые кварцевые электронагреватели с хромоникелевой спиралью работают в диапазоне температур спирали 1350-1570 К. Спираль выполняется из сплава Х20Н80Т или ОХ27Ю5А и помещается в негерметизированную кварцевую трубку диаметром 18-20 мм. Кварцевые генераторы выпускают длиной от 0,4 до 2,0 м, мощностью 0,5-7,5 кВт. Электронагреватели данного типа применяются в электрогрилях.

СВЧ-генераторы. Основным элементом СВЧ-установки является СВЧ-генератор — прибор, в котором электрическая энергия постоянного или переменного тока преобразуется в энергию электромагнитного поля сверхвысоких частот. Широкое применение в электротермических установках СВЧ в качестве генераторной лампы нашли магнетроны непрерывного генерирования, которые характеризуются относительно простой конструкцией, достаточно высокой мощностью и КПД. Конструктивно магнетрон (рис. 6.4) представляет собой диод с особой конструкцией анода.

Анод выполнен в виде массивного медного блока кольцевой формы. Никелевый катод с оксидным покрытием, внутри которого находится нагревательная спираль из вольфрама, получает питание через выводы электрическим напряжением. Анодный блок (колебательная система) образуется четным числом полых резонаторов, соединенных пазами с внутренней полостью — пространством взаимодействия, в центре которого укреплен катод. Для вывода энергии используется медная петля, установленная в одном из резонаторов. Один ее конец припаян к стенке, а другой по коаксиальной линии выходит в волновод. Внешний конец линии закрыт колпаком из жаропрочного стекла или керамики, герметизирующим магнетрон.

Для поддержания теплового режима наружная часть анода имеет оребрение или рубашку, через которую пропускается охлаждающая вода. Анод магнетрона имеет высокий положительный потенциал относительно катода. Поскольку анод является корпусом магнетрона, его обычно заземляют; катод находится под высоким отрицательным потенциалом. Магнетроны непрерывного генерирования для электротермических СВЧ-аппаратов имеют выходную мощность от 0,5 до нескольких десятков киловатт, КПД их может достигать 70% и выше.

Виды электронагревательных приборов

Наиболее используемыми источниками тепла для теплоснабжения домов являются электричество, газ, уголь или дрова. Несмотря на техническую доступность каждого из них, применение того или иного обусловлено некоторыми факторами, такими как: экономическая целесообразность, место и периодичность использования, безопасность. В наше время первые два вида энергии из перечисленных пользуются наибольшей популярностью. Рассмотрим аспекты использования электроэнергии, а также виды электронагревательных приборов.

Преимущества и недостатки использования электроэнергии для целей отопления

Сразу нужно отметить, что использование электрических нагревательных приборов для отопления – не самый дешевый вариант, так как стоимость самого оборудования, а также издержки при эксплуатации слишком высоки. Поэтому его чаще всего рассматривают в качестве альтернативного, на случай перебоев с подачей газа или, если газификации вообще нет. В то же время, отопление дома с помощью электроприборов имеет и некоторые очевидные достоинства:

  • Практически повсеместная доступность.
  • Очень быстрый и простой монтаж.
  • Удобное управление.
  • Компактное устройство приборов.
  • Полное отсутствие каких-либо продуктов сгорания.

Таким образом, при всех своих недостатках, связанных, главным образом, с экономической составляющей вопроса, электроприборы обладают массой полезных качеств, которыми не могут похвастаться отопительные устройства, основанные на сжигании топлива.

По каким принципам осуществляется классификация электронагревательных приборов

Все современные электрические отопительные устройства классифицируются следующим образом.

По способу монтажа прибора:

  • Переносные или мобильные, к которым можно отнести масляные радиаторы и различные конвекторы.
  • Установленные на одном месте или стационарные, включающие в себя бойлеры, кондиционеры, электрические котлы и камины, инфракрасные нагреватели.

По виду теплоносителя, который нагревается в приборе:

  • Воздушные – обогрев окружающего пространства осуществляется посредствам прогревания воздуха. К ним можно отнести конвекторы, радиаторы, электрокамины и многие другие устройства.
  • Жидкостные – теплоносителем в них служит какая-либо жидкость, имеющая хорошую теплоемкость: вода, масло, антифриз. Наиболее известными приборами с таким принципом работы являются электрокотлы и бойлеры.
  • Твердотельные или излучательные – тепло в этих устройствах передается от источника на какую-нибудь твердую поверхность, которая затем нагревает воздух в окружающем помещении. К ним относятся лучистые и инфракрасные нагреватели.

По типу нагревательного элемента (ТЭНа):

  • Стандартные трубчатые элементы с успехом используют во многих видах отопительных приборов, которые работают на электроэнергии. Они могут иметь очень широкий диапазон технических характеристик, как по производительности, так и по мощности. Производят их из стали и титана.

Стандартный трубчатый тип нагревательных элементов

  • Оребренные трубчатые – похожи на предыдущие, но имеют ребристую поверхность, повышающую теплоотдачу. Они используются только в приборах, где теплоносителем является газовая среда (тепловые завесы и конвекторы). Делают такие элементы из нержавеющей или конструкционной стали.

Так выглядят оребренные ТЭНы

  • Блочные электронагреватели представляют собой несколько ТЭНов, соединенных в один конструктивный узел. Такие устройства устанавливают в приборы, где существует возможность регулировки мощности. Теплоносителями в них может выступать жидкость или сыпучие твердые вещества.

Блок электронагревателей, собранный в один узел

  • Оборудованные терморегулятором – являются самым распространенным видом бытовых электронагревателей для отопления, имеющего жидкостный теплоноситель. Их делают из меди, стали, или никеле-хромового сплава.

Оборудованный терморегулятором ТЭН

Все рассмотренные нагревательные элементы являются только главными деталями устройств, об особенностях которых читайте далее.

Воздушные конвекторы

Эти приборы выполняют в виде компактных переносных устройств, снабженных ножками или колесиками для установки на полу или стене. Рабочим элементом в них выступают оребренные ТЭНы, закрытые декоративным металлическим корпусом с прорезями для циркуляции воздуха. Их используют в квартирах или частных домах, главным образом, как дополнительные источники тепла.

Принцип действия таких приборов основывается на том, что холодный воздух, свободно или принудительно поступает в прибор и проходит через все нагревательные элементы (ТЭНы). Затем он, как и положено нагретым газам, поднимается вверх и проходит через специальную решетку. Конвекторы могут оборудоваться встроенными вентиляторами для принудительной циркуляции воздуха. Данные приборы не имеют никаких ограничений для применения.

Радиаторы с масляным теплоносителем

Внешний вид и принцип действия таких приборов полностью аналогичен обыкновенным батареям отопления. Только они заполнены минеральным маслом, а нагревают его электрические ТЭНы, установленные непосредственно внутри внутренней полости прибора. Их с успехом используют в офисах и жилых помещениях. Бывают масляные радиаторы открытыми и закрытыми. Ребра последних защищены металлическим кожухом. Основное преимущество этих приборов в том, что они не выжигают кислород в помещении и не нагреваются до температур, опасных для маленьких детей. Особенно последнее свойство касается закрытых радиаторов.

Открытый и закрытый масляные радиаторы

Кондиционеры

Мы привыкли связывать эти приборы с необходимостью охлаждать воздух в помещении в жару. Однако, они способны производить и тепло, осуществляя, так называемый обратный цикл. Большинство моделей нельзя использовать при температуре наружного воздуха ниже – 10 0 С. Кондиционеры, называемые инверторами, способны нагревать помещение даже при температуре – 20 0 С. Однако они имеют гораздо большую стоимость.

Электрокамины

Эти электронагреватели обладают великолепным дизайном, поэтому могут использоваться не только как обогреватели, но и в качестве декоративного элемента. Эти устройства можно встретить в элитных квартирах или загородных домах ввиду их непомерно высокой стоимости.

Современные электрокамины делают напольными, имитирующими классические дровяные варианты и настенными, которые выглядят как тонкие панели, навешиваемые на стену. Принцип действия каминов схож с тем, которым обладают конвекторы.

Электрические котлы

В отличие от предыдущих приборов, эти устройства используются для создания постоянной системы отопления в доме. Используются совместно с жидкостным теплоносителем, циркулирующим по замкнутому контуру, обвязывающему все помещения в доме.

По виду основного нагревательного элемента электрокотлы делятся на:

  • ТЭНовые – работают с любыми видами жидкости и имеют самую простую конструкцию. Они позволяют плавно изменять мощность, ступенчато изменять интенсивность нагрева за счет включения разного количества устройств.
  • Электродные, которые обладают компактными размерами и применяются исключительно для водяных систем. При этом теплоноситель должен строго соответствовать требованиям ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая». Это обстоятельство сильно влияет на стоимость оборудования. Тепловая энергия возникает по принципу электролитической диссоциации, благодаря которой на электродах возникает разность потенциала из-за растворенных солей. Это прекрасно нагревает воду. Такое устройство намного экономичнее предыдущего.
  • Индукционные котлы являются наиболее инновационными и дорогими устройствами. Они очень надежны и долговечны. Нагревать такие котлы могут любой теплоноситель за счет принципа электромагнитной индукции. Такое устройство потребляет максимальное количество электроэнергии, но зато просто в монтаже, не требует наличия отдельного помещения и обладает максимальным КПД при самых маленьких размерах.

Все электрокотлы должны быть обязательно заземлены очень надежно.

Все разновидности электрокотлов

Инфракрасные электронагреватели

Это самый современный вид электрических устройств, предназначенных для обогрева помещений. Его работа основана на излучении электромагнитных волн инфракрасного спектра. При этом тепловая энергия передается от прибора тем предметам, которые расположены рядом. Отраженная от них лучистая энергия достаточно эффективно нагревает воздух в помещении. Это, наверное, самый экономичный тип электронагревательных приборов. Кроме того, такие устройства не пересушивают воздух. Некоторые из них имеют очень красивое декоративное оформление.

Потолочный инфракрасный электронагреватель

Несмотря на высокую стоимость электроэнергии, популярность электрических отопительных приборов не снижается. Это связано с их удобством и, во многих случаях, с мобильностью, что недоступно для газового оборудования.